Углеродистые и легированные инструментальные стали.

В настоящее время быстрорежущие стали являются основным материалом для изготовления режущего инструмента, несмотря на то, что инструмент из твердого сплава, керамики и СТМ обеспечивает более высокую производительность обработки. Широкое использование быстрорежущих сталей для изготовления сложно-профильных инструментов определяется сочетанием высоких значений твердости (до HRC = 68 ед.) и теплостойкости (600…650°С) при уровне хрупкой прочности и вязкости, превышающих соответствующие значения для твердых сплавов. Кроме того, быстрорежущие стали обладают достаточно высокой технологичностью, так как хорошо обрабатываются давлением и резанием в отожженном состоянии. В обозначении быстрорежущей стали буква Р (Rapid) означает, что сталь быстрорежущая, а следующая за буквой цифра - содержание вольфрама в %. Следующие буквы обозначают: М - молибден, Ф - ванадий, К - кобальт, А - азот. Цифры за буквами, означают их содержание в %. Содержание азота составляет 0,05…0,1%.

Современные быстрорежущие стали можно разделить на три группы: нормальной, повышенной и высокой теплостойкости.

К сталям нормальной теплостойкости относятся вольфрамовая Р18 и вольфрамо-молибденовая Р6М5 стали (таблица 5.). Эти стали имеют твердость в закаленном состоянии 63...64 HRC, предел прочности при изгибе 2900...3400МПа, ударную вязкость 2,7...4,8Дж/м² и теплостойкость 600°...620°С. Указанные марки стали получили наиболее широкое распространение при изготовлении режущих инструментов. Объем производства стали Р6М5 достигает 80% от всего объема выпуска быстрорежущей стали. Она используется при обработке конструкционных сталей, чугунов, цветных металлов, пластмасс.

Стали повышенной теплостойкости характеризуются повышенным содержанием углерода, ванадия и кобальта. Среди ванадиевых сталей наибольшее применение получила марка Р6М5ФЗ. Наряду с высокой износостойкостью, ванадиевые стали обладают плохой шлифуемостью из-за присутствия карбидов ванадия (VC), твердость которых не уступает твердости зерен электрокорундового шлифовального круга (Аl₂О₃). Шлифуемость - это важнейшее технологическое свойство, которое определяет не только особенности при изготовлении инструментов, но и при его эксплуатации (переточках).

Таблица 5. Химический состав быстрорежущих сталей

По шлифуемости быстрорежущие стали можно разделить на 4 группы:

Группа 1. Содержание ванадия до 1,4% и относительная шлифуемость 0,9…1 (за единицу принята «обрабатываемость при шлифовании» стали Р18, обладающей наилучшей шлифуемостью).

Группа 2. Содержание ванадия 1,7…2,2%, относительная шлифуемость 0,5…0,95, в эту группу входят стали Р6М5, Р6М5К5, Р2АМ9К5 и др.

Группа 3. Содержание ванадия 2,3…3,3%, относительная шлифуемость 0,3…0,5 (11РЗАМЗФ2, Р6М5ФЗ, Р12ФЗ, Р9, Р9М4К8 и др.)

Группа 4. Содержание ванадия более 4%, относительная шлифуемость 0,2…0,3 (Р12Ф4К5 и др.).

Порошковые быстрорежущие стали, независимо от содержания ванадия, относятся к группам 1 и 2, т.е. обладают хорошей шлифуемостью.

Стали с пониженной шлифуемостью склонны к прижогам, т.е. к изменению структуры поверхностных слоев стали после шлифования или заточки, появлению зон вторичного отпуска с пониженной твердостью. Следствием прижогов может быть значительное снижение стойкости инструмента.

Однако, проблема «шлифуемости» ванадиевых быстрорежущих сталей, успешно решается если при заточке и доводке режущих инструментов применяются абразивные круги с зернами из СТМ на основе кубического нитрида бора (КНБ).

Ванадиевые быстрорежущие стали находят применение для инструментов несложных форм при чистовых и получистовых условиях резания для обработки материалов, обладающих повышенными абразивными свойствами.

Среди кобальтовых сталей наибольшее применение нашли марки Р6М5К5, Р9М4К8, Р18К5Ф2, Р9К5, Р2АМ9К5 и др. Введение кобальта в состав быстрорежущей стали наиболее значительно повышает ее твердость (до 66…68 HRC) и теплостойкость (до 640…650°С). Кроме того, повышается теплопроводность стали, так как кобальт является единственным легирующим элементом, приводящим к такому эффекту.

Это дает возможность использовать их для обработки жаропрочных и нержавеющих сталей и сплавов, а также конструкционных сталей повышенной прочности. Период стойкости инструментов из таких сталей в 3…5 раз выше, чем из сталей Р18, Р6М5.

Стали высокой теплостойкости характеризуются пониженным содержанием углерода, но весьма большим количеством легирующих элементов – B11M7K23, В14М7К25, ЗВ20К20Х4Ф. Они имеют твердость 69...70 HRC и теплостойкость-700...720°С. Рациональная область использования - резание труднообрабатываемых материалов и титановых сплавов. В последнем случае период стойкости инструментов в 60 раз выше, чем из стали Р18, и в 8…15 раз выше, чем из твердого сплава ВК8. Значительными недостатками этих сталей является их низкая прочность при изгибе (не выше 2400 МПа) и низкая обрабатываемость резанием в отожженном состоянии (38…40 HRC) при изготовлении инструмента.